多线程（34）CopyOnWriteArrayList

短命女 2024-04-24 23:11 23阅读 0赞

`CopyOnWriteArrayList` 是 Java 中一个线程安全的 `ArrayList` 变体，属于 `java.util.concurrent` 包。它通过在所有修改操作（如 `add`, `set` 等）上执行显式复制来实现线程安全。这种设计适用于列表读操作的数量远远大于写操作的场景。

#### 设计原理 ####

`CopyOnWriteArrayList` 的基本思想是，每当我们要修改列表的时候（添加、删除、设置等），不直接在当前的数组上进行操作，而是先将当前数组复制一份，然后在这个副本上进行修改。修改完成后，再将原来的数组引用指向新数组。这样做的好处是可以避免修改时阻塞读操作，读操作可以安全地访问数组，不需要加锁，因为对它们来说，数组从不改变。

#### 结构解析 ####

`CopyOnWriteArrayList` 内部维护了一个 `volatile` 的数组用来存储数据。由于使用了 `volatile` 关键字，它保证了数组内容的可见性。以下是一个简化的 `CopyOnWriteArrayList` 类的源码结构（基于 Java 8+），展示了其基本实现：

// CopyOnWriteArrayList 源码片段（简化版本，基于 Java 8+）
    class CopyOnWriteArrayList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, Serializable {
        
        // 确保可见性和禁止指令重排序
        private transient volatile Object[] array;
    
        // 获取底层数组的方法
        final Object[] getArray() {
        
            return array;
        }
    
        // 将数组设置为提供的数组
        final void setArray(Object[] a) {
        
            array = a;
        }
    
        // 添加元素的方法
        public boolean add(E e) {
        
            // 加锁以确保线程安全
            synchronized (this) {
        
                Object[] es = getArray();
                int len = es.length;
                // 复制出一个新数组
                es = Arrays.copyOf(es, len + 1);
                // 在新数组上操作
                es[len] = e;
                // 将原数组引用指向新数组
                setArray(es);
                return true;
            }
        }
    
        // 其他方法省略...
    }

#### 代码演示 ####

下面是一个使用 `CopyOnWriteArrayList` 的简单示例：

import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;
    
    public class CopyOnWriteArrayListDemo {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            CopyOnWriteArrayList<Integer> cowArrayList = new CopyOnWriteArrayList<>();
    
            // 示例：并发添加
            Thread thread1 = new Thread(() -> cowArrayList.add(1));
            Thread thread2 = new Thread(() -> cowArrayList.add(2));
    
            thread1.start();
            thread2.start();
    
            // 等待线程结束
            try {
        
                thread1.join();
                thread2.join();
            } catch (InterruptedException e) {
        
                Thread.currentThread().interrupt();
            }
    
            // 迭代并打印结果
            for (Integer i : cowArrayList) {
        
                System.out.println(i);
            }
        }
    }

#### 总结 ####

`CopyOnWriteArrayList` 提供了一种避免读写冲突的方法，非常适合读多写少的并发场景。它的优势是在进行遍历操作时不需要锁定，因此可以提高遍历操作的并发性能。但是，由于每次修改都需要复制整个底层数组，所以写操作的成本相对较高，特别是对于数据量大的列表。在选择使用 `CopyOnWriteArrayList` 之前，需要确保它适合你的应用场景。